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2023年改变电子设计样貌的3大关键技术
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英文原文：
2022年對電子業而言是重大的一年。舉凡AI的持續發展(包括終端設備和晶片设计)乃至琳瑯滿目的雲端设计方案，人們對於這些史無前例的創新程度無不感到讚嘆。當半導體複雜度日益增加，優化包含上萬億電晶體的晶片的功率、效能及面積(PPA)的任務也日趨艱鉅，這類高度創新就不可或缺。
除了系統和規模的複雜度，各種其他挑戰也逐漸浮出檯面，包括产物需求的周期性波動、工程人才短缺，乃至相關能源消耗對於地球環境的影響等。在此大環境下，日益關鍵的電子產業將在2023年呈現出什麼樣貌呢？
過去數十年以來，我們見證到工程的獨創性，如何在有限的物理條件下擴展摩爾定律，並讓單一晶片具備更高的運算能力、以及打造自動駕駛汽車和先進機器人等产物。因此，可預見的是市場上將需要更尖端的晶片技術，以滿足更複雜的功能，進而推動世界的整體發展。
時至2023年，可預期這些趨勢仍將持續，但也會出現一些新興技術重塑產業風貌。現在就讓我們繼續看下去，了解有望改變電子设计的三大關鍵技術。
一、晶片生命週期管理平台已做好準备迎接主流趋势的挑战
當今大數據分析已在科學乃至金融等各行各業取得長足進展。而晶片產業也得以將從設備生命週期階段收集到的大量資訊轉化為具有可行性的資料。高效能計算(HPC)和汽車等特定市場的设计團隊精通晶片生命週期管理 (SLM)在HPC領域，SLM技術可幫助資料中心伺服器SoC的设计人員達成服务水平協議的規定運行時間(uptime)—。對於汽車设计工程師而言，SLM 技術可評估老化及退化等因素，讓人們能夠採用預測性更準確的方法以維護並更換車載電子系統。而由於許多其他特定市場對關鍵任務應用程序的可靠性、可用性和可維護性(RAS)的重視程度越來越高，SLM有望在接下來的幾年間獲得更廣泛的應用。
由於製程具備變動性(尤其在先進節點)並受到環境和老化的影響，晶片设计面臨巨大壓力。但與此同時，人們又期望晶片效能水平能創新高，並且在某些特定應用下，例如汽車應用，可獲得較長的使用壽命。
SLM提供设计、生產、系統啟動(system bring-up)和現場即時監控及半導體設備分析機制。晶片上感測器(on-chip sensor)和監視器會持續收集資料並將其發送至雲端支援的AI分析引擎，以在晶生命週期各階段實現優化。預測性和規範性分析則可以提升设计流程效率，同時提高设计本身的品質。
二、云端技术强化本地整合
2022 年我們見證了在雲端進行晶片设计和验证半導體元件的嶄新方案。靈活的計次付費(pay-per-use)解决方案，讓(不論是透過軟體即服务(SaaS)模型或自帶雲模型)使用電子设计自動化(EDA)工具，不但簡化軟體授權，更能在沒有規模限制的前題下使用相關工具；賦予设计人員依其设计決定如何使用设计和验证工具的自由度。進一步將SaaS這個方法或流程應用在類比设计、数位设计和验证，提供工程师按需、易取得且可扩展的工具访问权限。
雖然各行各業很早就開始使用雲端技術，但半導體產業時至今日才開始進行雲端化，利用雲端之"彈性、靈活度和可擴展性，以更好、更快且更節省成本的方式進行晶片设计。雲端解决方案還有助於運用來设计以即時資料為基礎的次世代系統。數位孿生被視為虛擬模型或分身，讓工程師可以根據由現場感測器收集並經由雲端傳送至實驗室處理系統取得的輸入資料進行調整、採用及優化。
雲端本身是否將成為半導體设计的主流已不再是個問題，真正的問題是「何時」將成為主流—2023年似乎是廣泛採用雲端的轉捩點。值得一提的正是SaaS雲端解决方案，它能使IT預算較為有限的公司按需支付EDA资源費用。因此，我們能夠預期業界將推出協作性更高並以雲端為基礎的设计验证工具。
叁、多晶体(尘耻濒迟颈-诲颈别)系统将被广泛採用
經由將異質小晶片整合至單一封裝中，多晶體架構可提供單一SoC無法實現的效能、功耗、成本和收益優勢。雖然這在半導體界已不是什麼新鮮事，但多晶體系統在2023年可望迎來風光一年。多晶體架構的周遭生態系統正迅速成熟，降低進入門檻，並開創更廣泛採用的康莊大道。更為全面、一致且成熟的工具能夠簡化多晶體系統的设计、验证、測試、签核(sign-off)和晶片生命週期管理。穩健、安全的晶片互連(die-to-die)技術標準化IP則可降低整合風險，同時加速標準採用。代工廠以及外包半導體組裝和測試(OSAT)廠商提供先進封裝、生態系統聯盟和多晶體系統流程等产物。通用小晶片互連(Universal Chiplet Interconnect Express, UCIe)等標準為晶片互連介面提供完整堆疊範本，可輕鬆將不同零組件組合，並滿足嚴格的頻寬、延遲和能源效率要求。這些發展趨放一致，在在顯示多晶體將成為未來的主流趨勢。
多晶體系統设计的擴展可能導致轉向多代工廠策略，因為设计團隊可分別選擇使用不同製程節點，例如針對核心晶片採用先進節點；而針對周邊設備採用原本的製程節點。而在2022年面臨的供應鏈挑戰也將促使晶片设计人員考慮採用多代工廠策略以確保可預測性。
與多晶體系統轉型息息相關的因素，正是半導體技術下一個先端領域─矽光子(silicon photonics)。利用光能傳輸並處理資料，光子IC可整合至多晶體系統中，以提供高能源效率的頻寬。隨著多晶體系統日益站穩根基，光子IC也可望出現顯著成長。
充实工程师人才链
工程師向來都是毫不畏懼，勇於迎接挑戰的。正如我們過往數年的經歷以及即將於2023年重現的情況─工程師的獨創性將繼續開發強大又可承擔最嚴苛運算工作負載的晶片。因此，我們必須投資人才，Synopsys Academic & Research Alliances (SARA)計畫為學生、教育工作者、研究人員和公司家提供教育機會、取得先進技術以及協作支援，有助於培養新一代工程師人才。
隨著新技術挑戰的出現，新思科技面對已做好萬全準備，可幫助设计團隊實現矽晶目標，不論是设计單晶片、高能效SoC、2.5/3D多晶體系統，還是介於兩者之"間的系統。新思科技完備的解决方案，有助於设计、验证、測試、製造、晶片生命週期管理和軟體安全。
雖然我們無法真正準確地預測未來，但仍可預見對未來數年造成影響的趨勢和模式。人工智慧和大數據分析在日常生活中日益普及(在晶片设计上亦是如此)，而汽車更被賦予更高的智慧水平。超大規模公司對晶片提出更多要求，以找到能解決諸如疫苗研發、電網規模能量儲存和全球飢荒等重大問題的方法。而在這過程中，同時也重塑晶片產業本身的樣貌。多晶體系統正迅速成為摩爾定律趨緩的解决方案，而這些架構也帶來更大的機會，可以滿足現今資料掛帥、頻寬荒的需求。
现在正是电子产业的变革时刻，我们目睹晶片在因应世界上某些重大挑战方面的创新关键作用。因此，我们预期在2023年将大放异彩的叁大关键技术，包括晶片生命週期管理平台、云端技术和多晶体系统，将可推动世界朝向更智慧且更公平的方向发展。